输油管道设计与管理1

1、 管道是石油生产过程中的重要环节，是石油工业的动脉。管道是石油生产过程中的重要环节，是石油工业的动脉。在石油的生产过程中，自始至终都离不开管道。我们可在石油的生产过程中，自始至终都离不开管道。我们可以把石油的生产过程简单的表示为：以把石油的生产过程简单的表示为：用户用户炼油厂炼油厂矿场油库矿场油库转油站转油站联合站联合站计量站计量站油井油井矿场油气集输系统矿场油气集输系统长输管道长输管道原油管道原油管道成品油管道成品油管道一、输油管道概况一、输油管道概况1、输油管道的发展历、输油管道的发展历史史1879年，在美国的宾夕法尼亚铺设了一条口径为年，在美国的宾夕法尼亚铺设了一条口径为150mm，长，

2、长为为17.4km的输油管道。的输油管道。 1886年，美国又铺设了一条口径为年，美国又铺设了一条口径为200mm，长为，长为139km的输的输油管道。油管道。 管道工业有着悠久的历史。中国是最早使用管道输送流体的国管道工业有着悠久的历史。中国是最早使用管道输送流体的国家。早在公元前的秦汉时代，就有人用打通家。早在公元前的秦汉时代，就有人用打通了了节的竹子连接起节的竹子连接起来输送卤水，随后又用于输送天然气。现代管道始于来输送卤水，随后又用于输送天然气。现代管道始于19世纪中世纪中叶，叶，1859年，美国宾夕法尼亚打出了第一口油井，所生产的原年，美国宾夕法尼亚打出了第一口油井，所生产的原油起初

3、用马车拉运，从而导致了严重的交通拥挤。直到油起初用马车拉运，从而导致了严重的交通拥挤。直到1865年，年，才建造了第一条用于输送原油的管道。直径为才建造了第一条用于输送原油的管道。直径为50mm，长为，长为10km，输量为，输量为2.8 m3/h,用往复泵驱动。用往复泵驱动。 1920年前，管道均采用丝扣连接，因此管径较小。年前，管道均采用丝扣连接，因此管径较小。1920年，年，在管道铺设中开始采用气焊，随后又被电焊所取代。金属焊在管道铺设中开始采用气焊，随后又被电焊所取代。金属焊接工艺的发展和完善促进了大口径、长距离管道的发展，同接工艺的发展和完善促进了大口径、长距离管道的发展，同时也促进了

4、新管材的使用。但真正具有现代规模的长输管道时也促进了新管材的使用。但真正具有现代规模的长输管道始于第二次世界大战。当时由于战争的需要，美国急需将西始于第二次世界大战。当时由于战争的需要，美国急需将西南部油田生产的油运往东海岸，但由于战争，海上运输常常南部油田生产的油运往东海岸，但由于战争，海上运输常常被封锁而中断，这就促使美国铺设了两条输油管道。一条是被封锁而中断，这就促使美国铺设了两条输油管道。一条是原油管道，口径为原油管道，口径为600mm，长度为，长度为2158km，输量为，输量为47700m3/d(1500万吨万吨/年年)，由德克萨斯到宾夕法尼亚。另一条，由德克萨斯到宾夕法尼亚。另一条

5、为成品油管道，口径为为成品油管道，口径为500mm，包括支线全长为，包括支线全长为2745km，输，输量为量为3760m3/d(1300万吨万吨/年年)，由德克萨斯到新泽西，同时还，由德克萨斯到新泽西，同时还铺设了一条输气管道，口径为铺设了一条输气管道，口径为600mm，长为，长为2035km，由西南，由西南部到东海岸。部到东海岸。从从60年代起，输油管道向大口径、长距离的方向发展，并出年代起，输油管道向大口径、长距离的方向发展，并出现许多跨国管线。较著名的有：现许多跨国管线。较著名的有： 1964年，原苏联建成了苏联东欧的年，原苏联建成了苏联东欧的“友谊友谊”输油管道，输油管道，口径为口径为

6、1020mm,长为长为5500km。 1977年，建成了第二条年，建成了第二条“友谊友谊”输油管道，在原苏联境内与输油管道，在原苏联境内与第一条管线平行，口径为第一条管线平行，口径为1220mm,长为长为4412km,经波兰至东经波兰至东德。两条管线的输量约为德。两条管线的输量约为1亿吨亿吨/年。年。 1977年，美国建成了世界上第一条伸入北极的横贯阿拉斯加年，美国建成了世界上第一条伸入北极的横贯阿拉斯加管道管道,口径为口径为1220mm，全长为，全长为1287km，其中，其中900km管道采用管道采用架空保温铺设。年输量约为架空保温铺设。年输量约为1.2亿亿m3，不设加热站，流速达，不设加热

7、站，流速达3m/s，靠摩擦热保持油温不低于，靠摩擦热保持油温不低于60，投资，投资77亿美元。亿美元。 1988年，美国建成了从西部圣巴巴拉至休斯顿的原油管道，年，美国建成了从西部圣巴巴拉至休斯顿的原油管道，管径管径762mm,总长总长2731km，年输油能力约为，年输油能力约为1600万吨。万吨。同时，成品油管道也获得了迅速发展。典型的是美国的科同时，成品油管道也获得了迅速发展。典型的是美国的科罗尼尔成品油管道系统。干线口径为罗尼尔成品油管道系统。干线口径为750、800、900、1000mm,总长为总长为8413km,输油能力为输油能力为1.4亿吨亿吨/年。年。 2、长输管道的发展趋势、长

8、输管道的发展趋势 (1) 高压力、大口径的大型输油管道高压力、大口径的大型输油管道 (2) 采用高强度、高韧性、可焊性良好的管材采用高强度、高韧性、可焊性良好的管材 (4) 采用先进的输油工艺和技术采用先进的输油工艺和技术 (3) 采用新型、高效、露天设备采用新型、高效、露天设备 a. 设计方面，采用航空选线设计方面，采用航空选线. b.采用密闭输送工艺流程，减少油气损耗和采用密闭输送工艺流程，减少油气损耗和 压压 能损耗。能损耗。 c.采用计算机自控、遥控技术。采用计算机自控、遥控技术。 d.用化学药剂（减阻剂、降凝剂）降低能耗。用化学药剂（减阻剂、降凝剂）降低能耗。 3、管道运输的特点、管

9、道运输的特点 运量大，基建费用低（与铁路相比）运量大，基建费用低（与铁路相比） 。 管输适于大量、单向、定点的运输，不如铁路、公路运管输适于大量、单向、定点的运输，不如铁路、公路运输灵活。输灵活。 占地少，受地形限制少。占地少，受地形限制少。 运价低，耗能少。运价低，耗能少。 便于管理，易于实现集中控制，劳动生产率高。便于管理，易于实现集中控制，劳动生产率高。 受外界限制少，可长期稳定连续运行，对环境受外界限制少，可长期稳定连续运行，对环境 的污染小。的污染小。输油管道概况输油管道概况一条一条720管线的输量约等于一条单线管线的输量约等于一条单线铁路的运量，但造价不如铁路的铁路的运量，但造价不

10、如铁路的1/2。管线埋于地下，基本不受恶管线埋于地下，基本不受恶劣气候的影响，油气污染和劣气候的影响，油气污染和噪声污染都比铁路小得多。噪声污染都比铁路小得多。原苏联管线运价约为铁路的原苏联管线运价约为铁路的1/2，美国约为铁路的美国约为铁路的1/7-1/10 ，我国，我国目前基本与铁路持平目前基本与铁路持平。管线埋于地下，地面仍可耕种。铁路管线埋于地下，地面仍可耕种。铁路的坡度一般不能超过的坡度一般不能超过30度，而管线不度，而管线不受坡度的限制，有利于翻山越岭，取受坡度的限制，有利于翻山越岭，取捷径，起终点相同的两地间，管线的捷径，起终点相同的两地间，管线的长度一般要比铁路短长度一般要比铁

11、路短30%。4、我国输油管道概况、我国输油管道概况 1958年以前，我国输油管道还是一个空白。年以前，我国输油管道还是一个空白。1958年，我国修年，我国修建了第一条长输管道：克拉玛依建了第一条长输管道：克拉玛依独山子原油管道。随着我独山子原油管道。随着我国石油工业的发展，国石油工业的发展，20世纪世纪70年代开始兴建大型输油管道，年代开始兴建大型输油管道，我国管道工业进入第一个发展高潮我国管道工业进入第一个发展高潮,建设的管道主要是原油建设的管道主要是原油管道。到目前为止管道。到目前为止,我国铺设的百公里以上的原油长输管道我国铺设的百公里以上的原油长输管道40余条余条,管径为管径为15972

12、0,形成了具有一定规模的原油管网形成了具有一定规模的原油管网(见见全国油气管线分布图全国油气管线分布图)。我国管道工业继第一个发展高潮之后，于我国管道工业继第一个发展高潮之后，于20世纪世纪90年代中期年代中期逐渐进入第二个发展高潮，而且目前已经处在发展高潮之中。逐渐进入第二个发展高潮，而且目前已经处在发展高潮之中。此次发展高潮以天然气管道和成品油管道建设为主。近几年此次发展高潮以天然气管道和成品油管道建设为主。近几年来，我国已经建成的或正在兴建中的管道有，西气东输管道、来，我国已经建成的或正在兴建中的管道有，西气东输管道、涩北西宁兰州天然气管道、兰州成都重庆成品油管道、茂名涩北西宁兰州天然气

13、管道、兰州成都重庆成品油管道、茂名至昆明成品油管道、忠县至武汉天然气管道、宁波上海至昆明成品油管道、忠县至武汉天然气管道、宁波上海南南京进口原油管道、环珠江三角洲液化天然气管道、镇海至萧京进口原油管道、环珠江三角洲液化天然气管道、镇海至萧山成品油管道，以及平湖至上海的海底天然气管道等。正准山成品油管道，以及平湖至上海的海底天然气管道等。正准备兴建的管道还有中俄天然气管道、中俄原油管道，远景规备兴建的管道还有中俄天然气管道、中俄原油管道，远景规划可能还有吐库曼斯坦至中国的天然气管道、西西伯利亚至划可能还有吐库曼斯坦至中国的天然气管道、西西伯利亚至中国天然气管道，以及苏里格气田的外输管道等。中国天

14、然气管道，以及苏里格气田的外输管道等。阿尔善阿尔善-赛汉赛汉塔拉原油管道塔拉原油管道在东北和华北地区，先后建成了庆铁在东北和华北地区，先后建成了庆铁线、铁大线、铁秦线、秦京线、铁扶线、铁大线、铁秦线、秦京线、铁扶线、抚鞍线和任京线，形成了规模较线、抚鞍线和任京线，形成了规模较大的东北管网，担负了大庆油田、辽大的东北管网，担负了大庆油田、辽河油田、华北油田的原油外输任务。河油田、华北油田的原油外输任务。在华东华北地区，先后建成了鲁宁线、濮临线、在华东华北地区，先后建成了鲁宁线、濮临线、沧临线、中洛线、东临线、东黄线、东黄复线、沧临线、中洛线、东临线、东黄线、东黄复线、东辛线、临济线，形成了规模较

15、大的华东原油东辛线、临济线，形成了规模较大的华东原油管网，担负了胜利油田、中原油田的原油外输管网，担负了胜利油田、中原油田的原油外输任务。另外，已经停止运行的任沧线实际上已任务。另外，已经停止运行的任沧线实际上已将东北和华东两大管网连为一体。将东北和华东两大管网连为一体。在华中地区，魏荆线担负了河南油田的原在华中地区，魏荆线担负了河南油田的原油外输任务。在华南地区，湛茂线担负了油外输任务。在华南地区，湛茂线担负了茂名石化的供油任务。在内蒙境内阿赛线茂名石化的供油任务。在内蒙境内阿赛线担负了二连油田的原油外输任务。担负了二连油田的原油外输任务。在西北地区，克独线、克乌线担负了克拉在西北地区，克独

16、线、克乌线担负了克拉玛依油田的原油外输任务；花格线担负了玛依油田的原油外输任务；花格线担负了青海油田的原油外输任务；马惠宁线、靖青海油田的原油外输任务；马惠宁线、靖咸线担负了长庆油田的原油外输任务；库咸线担负了长庆油田的原油外输任务；库鄯线担负了塔里木油田的原油外输任务。鄯线担负了塔里木油田的原油外输任务。四川油田管网四川油田管网马惠宁马惠宁线线花格花格线线魏荆线魏荆线二、二、 输油泵站的工作特性输油泵站的工作特性 1、长输管道的泵机组类型、长输管道的泵机组类型 输油泵站的作用输油泵站的作用:由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节方便、由于离心泵具有排量大、扬程高、效率高、流量调节方便

17、、运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。运行可靠等优点，在长输管道上得到广泛应用。 不断向油流提供一定的压力能，以便其能继续流动。不断向油流提供一定的压力能，以便其能继续流动。 长距离输油管道均采用离心泵，很少使用其他类型的泵。长距离输油管道均采用离心泵，很少使用其他类型的泵。 离心泵的型式有两种：离心泵的型式有两种： 多级（高压）泵多级（高压）泵:排量较小排量较小,又称为并联泵；又称为并联泵； 单级（低压）泵单级（低压）泵:排量大，扬程低，又称为串联泵。排量大，扬程低，又称为串联泵。 (1) 长输管道用泵长输管道用泵 一般来说，输油泵站上均采用单一的并联泵或串联泵，很一般来说，输油泵站上

18、均采用单一的并联泵或串联泵，很少串并联泵混合使用，有时可能在大功率并联泵或串联泵前串少串并联泵混合使用，有时可能在大功率并联泵或串联泵前串联低扬程大排量的给油泵，以提高主泵的进泵压力。联低扬程大排量的给油泵，以提高主泵的进泵压力。 串联泵具有排量大、扬程低、效率高的特点。我国试制的串联泵具有排量大、扬程低、效率高的特点。我国试制的KS型串联泵比并联泵效率高型串联泵比并联泵效率高10%左右，而国外生产的串联泵左右，而国外生产的串联泵比国内多数管道采用的并联泵效率高出比国内多数管道采用的并联泵效率高出18%左右。左右。 长距离输油管道是耗能大户，而长距离输油管道是耗能大户，而等温输等温输油管道的耗

19、能油管道的耗能设备主要是输油主泵，因此提高输油主泵的效率是提高等设备主要是输油主泵，因此提高输油主泵的效率是提高等温温输输油管道经济效益的主要途径。如果将我国目前输油管油管道经济效益的主要途径。如果将我国目前输油管道的输油主泵效率由道的输油主泵效率由70%左右提高左右提高85%左右，输油电耗将左右，输油电耗将减少减少20%以上。因此，在成品油管道的日常管理中，加强以上。因此，在成品油管道的日常管理中，加强对输油主泵的维修保养，使其始终处于高效状态，对提高对输油主泵的维修保养，使其始终处于高效状态，对提高输油管道的经济效益非常重要。输油管道的经济效益非常重要。(2) 原动机原动机 电动机电动机

20、柴油机柴油机 燃气轮机燃气轮机 输油泵的原动机应根据泵的性能参数、原动机的特点、输油泵的原动机应根据泵的性能参数、原动机的特点、能源供应情况、管道自控及调节方式等因素决定。分为能源供应情况、管道自控及调节方式等因素决定。分为 ：电动机具有体积小、重量轻、噪音低、运行电动机具有体积小、重量轻、噪音低、运行平稳可靠、便于实现自动控制等优点，对于平稳可靠、便于实现自动控制等优点，对于电力供应充足的地区一般均采用电动机作为电力供应充足的地区一般均采用电动机作为的原动机。其缺点是调速困难，需要专门的的原动机。其缺点是调速困难，需要专门的调速装置。但对于电网覆盖不到的地区，是调速装置。但对于电网覆盖不到的

21、地区，是否采用电动机要进行经济比较。如果需要架否采用电动机要进行经济比较。如果需要架设长距离输电线路，采用电动机是不合适的。设长距离输电线路，采用电动机是不合适的。与电动机相比，柴油机有许多不足之处：与电动机相比，柴油机有许多不足之处：体积大、噪音大、运行管理不方便、易体积大、噪音大、运行管理不方便、易损件多、维修工作量大、需要解决燃料损件多、维修工作量大、需要解决燃料供应问题。其优点是可调速。对于未被供应问题。其优点是可调速。对于未被电网覆盖或电力供应不足的地区，采用电网覆盖或电力供应不足的地区，采用柴油机可能更为经济。柴油机可能更为经济。燃气轮机单位功率的重量和体积都比柴油燃气轮机单位功率

22、的重量和体积都比柴油机小得多，可以用油品和天然气作燃料，机小得多，可以用油品和天然气作燃料，不用冷却水，便于自动控制，运行安全可不用冷却水，便于自动控制，运行安全可靠，功率大，转速可调。一些退役的航空靠，功率大，转速可调。一些退役的航空发动机经改型后可用于驱动离心泵。对于发动机经改型后可用于驱动离心泵。对于偏远地区的大型油气管线，采用燃气轮机偏远地区的大型油气管线，采用燃气轮机可能是比较好地选择。如前面提到的横贯可能是比较好地选择。如前面提到的横贯阿拉斯加管线采用的就是改型后的航空燃阿拉斯加管线采用的就是改型后的航空燃气轮机。气轮机。2、离心泵的工作特性、离心泵的工作特性 对于电动离心泵机组，

23、目前原动机普遍采用异步电动机，对于电动离心泵机组，目前原动机普遍采用异步电动机，转速为常数。因此转速为常数。因此H=f(q)，扬程是流量的单值函数，一般，扬程是流量的单值函数，一般可用二次抛物线方程可用二次抛物线方程H=a-bq2表示。表示。 对于长输管道，常采用对于长输管道，常采用H=a-bq2-m的形式，其中的形式，其中a、b为常为常数，可根据泵特性数据由最小二乘法求得；数，可根据泵特性数据由最小二乘法求得；m与流态有与流态有关关;q为单泵排量。采用上式描述泵特性，与实测值的最大为单泵排量。采用上式描述泵特性，与实测值的最大偏差偏差 2%。3、改变泵特性的方法、改变泵特性的方法 改变泵特性

24、的方法主要有：改变泵特性的方法主要有： (1) 切削叶轮切削叶轮 mmqDDbDDaH 2020a,b与叶轮直径与叶轮直径D0 对应的泵特性方程中对应的泵特性方程中的两个常系数的两个常系数mm,0变化前后的叶轮直径变化前后的叶轮直径、式中：式中：DD(2) 改变泵的转速改变泵的转速 mmqnnbnnaH 2020n调速后泵的转速，调速后泵的转速，r/min n0调速前泵的转速，调速前泵的转速，r/mina,b与转速与转速n0 对应的泵特性方程中的两个对应的泵特性方程中的两个常系数常系数式中：式中：4、输油泵站的工作特性、输油泵站的工作特性 输油泵站的工作特性可用输油泵站的工作特性可用H=f(Q

25、)表示表示 输油泵的基本组合方式一般有两种：串联和并联输油泵的基本组合方式一般有两种：串联和并联 (1) 并联泵站的工作特性并联泵站的工作特性QHc q2 q1并联泵站的特点并联泵站的特点 ：泵站的流量等于正在运行的输油泵的流量之和，每台泵的泵站的流量等于正在运行的输油泵的流量之和，每台泵的扬程均等于泵站的扬程。即：扬程均等于泵站的扬程。即： mmcbqaBQAH 22 qQ设有设有n1台型号相同的泵并联，即台型号相同的泵并联，即 1/nQq mmmcQnbanQbaH 22121 A=a bnBm 211注意注意 ：泵并联运行时，在改变运行的泵机组数时，要防止电泵并联运行时，在改变运行的泵机

26、组数时，要防止电机过载。机过载。则：则：例如两台泵并联时，若一台泵停运，由例如两台泵并联时，若一台泵停运，由特性曲线知，单泵的排量特性曲线知，单泵的排量qQ/2，排量，排量增加，功率上升，电机有可能过载。增加，功率上升，电机有可能过载。H管路管路单泵单泵并联并联QqQ/2(2) 串联泵站的工作特性串联泵站的工作特性 Q Hc q2,H2 q1,H1 各泵流量相等，各泵流量相等，q=Q icHH设有设有n2台型号相同的泵串联，则：台型号相同的泵串联，则： mcbQnanHnH 2222bnBanA22 ， 泵站扬程等于各泵扬程之和：泵站扬程等于各泵扬程之和：特点：特点：(3) 串、并联泵机组数的

27、确定串、并联泵机组数的确定 选择泵机组数的原则主要有四条：选择泵机组数的原则主要有四条： 满足输量要求；满足输量要求；充分利用管路的承压能力；充分利用管路的承压能力；泵在高效区工作；泵在高效区工作；泵的台数符合规范要求（不超过四台）。泵的台数符合规范要求（不超过四台）。 并联泵机组数的确定并联泵机组数的确定qQn 其其中中 :Q为任务输量，为任务输量， q为单泵的额定排量为单泵的额定排量 显然显然 不一定是整数不一定是整数 ，只能取与之相近的整数，这就是泵机，只能取与之相近的整数，这就是泵机组数的化整问题。组数的化整问题。 n如果管线的发展趋势是输量增加，则应向大化，否则向小化。如果管线的发展

28、趋势是输量增加，则应向大化，否则向小化。一般情况下要向大化。一般情况下要向大化。 由此可见并联泵的台数主要根据输量确定，而泵的级数（扬由此可见并联泵的台数主要根据输量确定，而泵的级数（扬程）则要根据管路的允许工作压力确定。另外根据规范规定，程）则要根据管路的允许工作压力确定。另外根据规范规定，泵站至少设一台备用泵。泵站至少设一台备用泵。 串联泵串联泵 HHn 其中：其中：H 为管路的许用强度（允许承压能力）为管路的许用强度（允许承压能力） H 为单泵的额定扬程。为单泵的额定扬程。 一般来说，串联泵的应向小化，如果向大化，则排出压力可一般来说，串联泵的应向小化，如果向大化，则排出压力可能超过管子

29、的许用强度，是很危险的。而且向大化后，泵站能超过管子的许用强度，是很危险的。而且向大化后，泵站数将减少，开泵方案少，操作不灵活。串联泵的额定排量根数将减少，开泵方案少，操作不灵活。串联泵的额定排量根据管线任务输量确定。据管线任务输量确定。(4) 串、并联组合形式的确定串、并联组合形式的确定 从管特性和地形方面考虑，串联泵更适合于地形平坦的地从管特性和地形方面考虑，串联泵更适合于地形平坦的地区和下坡段，这种情况下管路特性较陡，所以也可以说串区和下坡段，这种情况下管路特性较陡，所以也可以说串联泵更适合于管路特性较陡的情况。这一点可以用如图所联泵更适合于管路特性较陡的情况。这一点可以用如图所示的特性

30、曲线解释。示的特性曲线解释。 从经济方面考虑，串联效率较高，比较经济。我国并联泵从经济方面考虑，串联效率较高，比较经济。我国并联泵的效率一般只有的效率一般只有70%左右，而串联泵的效率可达左右，而串联泵的效率可达90%。串。串联泵的特点是：扬程低、排量大、叶轮直径小、流通面积联泵的特点是：扬程低、排量大、叶轮直径小、流通面积大，故泵损失小，效率高。大，故泵损失小，效率高。 Q1 Q2ABC h1h2并联并联串联串联并联单泵并联单泵串联单泵串联单泵HQ平坦地区或下坡段串联泵与并联泵的比较平坦地区或下坡段串联泵与并联泵的比较 如图所示，正常运行时，串、并联泵均需两台泵工作，如图所示，正常运行时，串

31、、并联泵均需两台泵工作，工作点为工作点为A ，流量为，流量为Q1。当需将输量降为当需将输量降为Q2=1/2Q1时，串、时，串、并联泵均只开一台泵即可。工作点分别为并联泵均只开一台泵即可。工作点分别为B、C。串联泵的。串联泵的节流损失为节流损失为 ，并联泵的节流损失为，并联泵的节流损失为 ，显然，显然 ，因此采用串联泵较经济，可适应输量的较大变化。因此采用串联泵较经济，可适应输量的较大变化。1h 2h 12hh 并联泵更适合于地形比较陡、高差比较大的爬坡地区，并联泵更适合于地形比较陡、高差比较大的爬坡地区，此时站间管道较短，管路特性较平，泵所提供的能量主要用此时站间管道较短，管路特性较平，泵所提

32、供的能量主要用于克服很大的位差静压头。于克服很大的位差静压头。 Q2 Q1ABC h1 h2并联并联串联串联并联单泵并联单泵串联单泵串联单泵HQ上坡段串联泵与并联泵的比较上坡段串联泵与并联泵的比较如图所示，正常运行时两台泵运行，输量为如图所示，正常运行时两台泵运行，输量为Q1，当输量需降，当输量需降为为Q2=1/2Q1时，并联泵只开一台泵即可，节流损失为时，并联泵只开一台泵即可，节流损失为 ，而，而串联泵仍需开两台泵，节流损失为串联泵仍需开两台泵，节流损失为 ，显然，显然 。因此，对于管路特性较平（地形较陡）的情况，并联泵更能因此，对于管路特性较平（地形较陡）的情况，并联泵更能适应流量的较大变

33、化。适应流量的较大变化。1h 2h 12hh 串联泵便于实现自动控制和优化运行。串联泵便于实现自动控制和优化运行。 目前国内管线使用的基本上都是并联泵组合形式，而目前国内管线使用的基本上都是并联泵组合形式，而我国大部分管线处于平原地带，高差很小，因而造成节流我国大部分管线处于平原地带，高差很小，因而造成节流损失大，调节困难，不易实现密封输送。因此，东部管线损失大，调节困难，不易实现密封输送。因此，东部管线改造的一个重要任务是并联泵改串联泵，进而改旁接油罐改造的一个重要任务是并联泵改串联泵，进而改旁接油罐流程为密闭流程，实行优化运行。流程为密闭流程，实行优化运行。 A、不存在超载问题、不存在超载

34、问题B、调节方便、调节方便C、流程简单、流程简单D、调节方案多、调节方案多1、管路的压降计算、管路的压降计算根据流体力学理论，输油管道的总压降可表示为：根据流体力学理论，输油管道的总压降可表示为： QjLzzhhH 其中：其中：hL为沿程摩阻为沿程摩阻 h为局部摩阻为局部摩阻 (zj-zQ) 为计算高程差为计算高程差 三、输油管道的压能损失三、输油管道的压能损失2、水力摩阻系数的计算、水力摩阻系数的计算 计算长输管道的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失计算长输管道的摩阻损失主要是计算沿程摩阻损失 hL 。达西公式达西公式 ：gVDLhL22 对于一条给定的长输管道，对于一条给定的长输管道，L和和D

35、都是已知的，输量（或都是已知的，输量（或流速）也是已知的，现在的问题就是如何计算水力摩阻流速）也是已知的，现在的问题就是如何计算水力摩阻系数系数 。 根据流体力学理论根据流体力学理论 Def，Re 其中：其中：e为管壁的绝对粗糙度，为管壁的绝对粗糙度，D为管道内径。为管道内径。 是是Re和和e/D 的二元函数，具体的函的二元函数，具体的函 数关系视流态而定。数关系视流态而定。在解决工程实际问题时，为了安全，一般尽量避开过渡区，在解决工程实际问题时，为了安全，一般尽量避开过渡区，因该区的流态不稳定。实在无法避开时，该区的因该区的流态不稳定。实在无法避开时，该区的按紊流按紊流光滑区计算。光滑区计算

36、。 流态：分为层流和紊流，中间还存在一个过滤区。流态：分为层流和紊流，中间还存在一个过滤区。(1) 流态划分和输油管道的常见流态流态划分和输油管道的常见流态 层流：层流：Re2000 过渡流：过渡流：2000Re3000 紊流光滑区：紊流光滑区：3000Re Re1 （简称光滑区）（简称光滑区） 紊流混合摩擦区：紊流混合摩擦区：Re1Re Re2 （简称粗糙区）（简称粗糙区）我国我国输油管道工程设计规范输油管道工程设计规范规定的流态划分标准是：规定的流态划分标准是：其中：其中：输油管道中所遇到的流态一般为：输油管道中所遇到的流态一般为： 热含蜡原油管道：水力光滑区热含蜡原油管道：水力光滑区 小

37、口径小口径轻质成品油管道：混合摩擦区轻质成品油管道：混合摩擦区 高粘原油和燃料油管道：层流区高粘原油和燃料油管道：层流区 长输管道一般很少工作在粗糙区。长输管道一般很少工作在粗糙区。7817 .59Re lg765665Re2 De2 (2) 管壁粗糙度的确定管壁粗糙度的确定 管壁粗糙度管壁粗糙度 ：相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值相对粗糙度：绝对粗糙度与管内径的比值(e/D或或2e/D)。 绝对粗糙度：管内壁面突起高度的统计平均值。绝对粗糙度：管内壁面突起高度的统计平均值。紊流各区分界雷诺数紊流各区分界雷诺数Re1、Re2及水力摩阻系数都与管壁粗糙及水力摩阻系数都与管壁粗糙度有关。我国度

38、有关。我国输油管道工程设计规范输油管道工程设计规范中规定的各种管子中规定的各种管子的绝对粗糙度如下：的绝对粗糙度如下： 无缝钢管：无缝钢管：0.06mm直缝钢管：直缝钢管：0.054mm 螺旋焊缝钢管：螺旋焊缝钢管：DN=250350时取时取0.125mm DN400时取时取0.1mm(4) 水力摩阻系数的计算水力摩阻系数的计算 我国常用的各区水力摩阻系数的计算公式见下表。我国常用的各区水力摩阻系数的计算公式见下表。 流态流态 划分范围划分范围 f(Re,) 层流层流 Re2000 =64/Re紊紊流流水力光滑区水力光滑区 3000ReRe1=混合摩擦区混合摩擦区 ReRe2=7/87 .59

39、7/85 .59 lg765665 51.2Relg21 25. 0Re3164. 0 时时当当510Re 11. 14 . 7Re8 . 6lg8 . 11 lg274. 11 3、流量压降综合计算公式、流量压降综合计算公式列宾宗公式列宾宗公式 (1) 列宾宗公式列宾宗公式 LDQvhmmmL 52 mARe DQ4Re 24DQV 代入达西公式代入达西公式、和和把把令令gAmm 248 LDQgAhmmmmmL 52248 整理得整理得即得到列宾宗公式：即得到列宾宗公式： 627. 0lg127. 010 de 流态流态Am 层流层流 64 1 4.15紊紊流流水力光滑区水力光滑区 0.3

40、164 0.25 0.0246混合摩擦区混合摩擦区 0.123 0.0802A粗糙区粗糙区00.0826不同流态下的不同流态下的A、m、值值4、管路的水力坡降、管路的水力坡降 定义：定义：管道单位长度上的摩阻损失称为水力坡降。管道单位长度上的摩阻损失称为水力坡降。用用 i 表示：表示： mmmDQi 52 gVDi212 或或单位输量的水力坡降单位输量的水力坡降:水力坡降与管道长度无关，只随流量、粘度、管径和流态水力坡降与管道长度无关，只随流量、粘度、管径和流态不同而不同。不同而不同。mmDvf 5 mfQi 2Q=1时的水力坡降，即单位流量下，单位管道长度上的摩时的水力坡降，即单位流量下，单

41、位管道长度上的摩阻损失，用阻损失，用f表示表示5、管路工作特性、管路工作特性 定义：定义： 已定管路（已定管路（D , L , Z 一定）输送某种已定粘度油品时，一定）输送某种已定粘度油品时，管路所需压头（即压头损失）和流量的关系（管路所需压头（即压头损失）和流量的关系（H-Q关系）关系）称为管路工作特性。称为管路工作特性。ZhDLQHmmm 52/ZhfLQm 2ZHQ层层流流区区过过渡渡区区紊流区紊流区QLJ输油管道的工作特性曲线输油管道的工作特性曲线6、离心泵与管路的联合工作、离心泵与管路的联合工作 泵站与管路的工作点的方法有两种，即图解法和解析法。泵站与管路的工作点的方法有两种，即图解

42、法和解析法。 AHHAQAQ管路特性曲线管路特性曲线泵站特性曲线泵站特性曲线图解法：图解法：下面重点讨论解析法。下面重点讨论解析法。(1) (1) 一个泵站的管道一个泵站的管道 1122)(121ZZhhHHLccs 由断面由断面1-11-1到到2-22-2列能量方程有：列能量方程有：式中：式中：HS1泵的吸入压力为常数。泵的吸入压力为常数。HC 泵站扬程泵站扬程 hc 站内损失站内损失 hL 沿程摩阻沿程摩阻 Z2-Z1起终点计算高差起终点计算高差 即：即： ZfLQhBQAHmcms 221mcsfLBhZAHQ 21mcBQAH 2(2) 多泵站与管路的联合工作多泵站与管路的联合工作 旁

43、接油罐输油方式（也叫开式流程）旁接油罐输油方式（也叫开式流程） Q1 Q2优点优点安全可靠，水击危害小，安全可靠，水击危害小，对自动化水平要求不高。对自动化水平要求不高。缺点缺点 流程和设备复杂，固定资产投资大流程和设备复杂，固定资产投资大油气损耗严重油气损耗严重 全线难以在最优工况下运行，能量浪费大全线难以在最优工况下运行，能量浪费大 工作特点工作特点每个泵站与其相应的站间管路各自构成独立的水力系统每个泵站与其相应的站间管路各自构成独立的水力系统 上下站输量可以不等（由旁接罐调节）上下站输量可以不等（由旁接罐调节） 各站的进出站压力没有直接联系各站的进出站压力没有直接联系 站间输量的求法与一

44、个泵站的管道相同站间输量的求法与一个泵站的管道相同 mjjjcjsjjfLBZhAHQ 2Lj、Zj第第 j 站至第站至第 j 1 站间的计算长度和计算高差站间的计算长度和计算高差Aj、Bj第第 j 站的站特性方程的系数站的站特性方程的系数式中：式中： 密闭输油方式（也叫泵到泵流程）密闭输油方式（也叫泵到泵流程） QQ优点优点 全线密闭，中间站不存在蒸发损耗；全线密闭，中间站不存在蒸发损耗； 流程简单，固定资产投资小；流程简单，固定资产投资小； 可全部利用上站剩余压头，便于实现优化运行。可全部利用上站剩余压头，便于实现优化运行。 缺点：缺点：要求自动化水平高，要有可靠的自动保护系统。要求自动化

45、水平高，要有可靠的自动保护系统。工作特点工作特点 全线为一个统一的水力系统，全线各站流量相同；全线为一个统一的水力系统，全线各站流量相同； 输量由全线所有泵站和全线管路总特性决定；输量由全线所有泵站和全线管路总特性决定； 设全线有设全线有n个泵站，各站特性相同，则输量为：个泵站，各站特性相同，则输量为：mJcsfLnBnhZHnAQ 21式中：式中： LJ为管道计算长度为管道计算长度 Z为管道计算高程差为管道计算高程差 当各站特性不同时，输量计算公式为：当各站特性不同时，输量计算公式为：mJnjjcsnjjfLBnhZHAQ 2111Aj、Bj为第为第j座泵站特性方程中的两个系数。座泵站特性方

46、程中的两个系数。各站进、出站压力相互影响各站进、出站压力相互影响 首站：首站： constHs 1ccsdhHHH 111第二站：第二站：由站间能量平衡方程由站间能量平衡方程 :12121dsmHHZQfL 12112ZQfLHHmds ccsdhHHH 222第第 j 站：站： jmjsjdjZQfLHH 21ccjdjsjhHHH 式中：式中： Lj-1为第为第 j -1 站到第站到第 j 站的管道长度，站的管道长度， Zj-1为第为第 j 站与第站与第 j -1站的高程差站的高程差 1211 jmjdjsjZQfLHH 7、翻越点和计算长度、翻越点和计算长度 HHfFLf(1) 翻越点的

47、定义翻越点的定义 如果使一定数量的液体通过线路上的某高点所需的压头如果使一定数量的液体通过线路上的某高点所需的压头比输送到终点所需的压头大，且在所有高点中该高点所比输送到终点所需的压头大，且在所有高点中该高点所需的压头最大，那么此高点就称为翻越点。需的压头最大，那么此高点就称为翻越点。 根据该定义有：根据该定义有：QzQFFfZZiLZZiLHH 0)()( FzFLLiZZ上式表明，输量为上式表明，输量为 Q 的液体从翻越点自流到终点还有能的液体从翻越点自流到终点还有能量富裕量富裕。由此可给出翻越点的另一个定义：由此可给出翻越点的另一个定义：如果一定输量的液体从某高点自流到终点还有能量富如果

48、一定输量的液体从某高点自流到终点还有能量富裕，且在所有的高点中该高点的富裕能量最大，则该裕，且在所有的高点中该高点的富裕能量最大，则该高点叫做翻越点。高点叫做翻越点。(2) 翻越点的确定翻越点的确定 翻越点的确定可用图解法和解析法。翻越点的确定可用图解法和解析法。 图解法图解法 在管道纵断面图右上角作水力坡降线的直角三角形，将在管道纵断面图右上角作水力坡降线的直角三角形，将水力坡降线向下平移，如果水力坡降线与终点相交之前水力坡降线向下平移，如果水力坡降线与终点相交之前首先与某高点首先与某高点F相切，则相切，则F点即为翻越点。点即为翻越点。 FLf i由图可知：水力坡降线不一定先与管路上的最高点

49、相由图可知：水力坡降线不一定先与管路上的最高点相切，所以翻越点不一定是管路上的最高点，而是靠近切，所以翻越点不一定是管路上的最高点，而是靠近线路终点的某个高点。线路终点的某个高点。 解解 析析 法法 在线路上选若干个高点进行计算，一般选最高点及最高点在线路上选若干个高点进行计算，一般选最高点及最高点之后的高点进行计算。计算方法有两种：之后的高点进行计算。计算方法有两种：A、计算从起点到高点、计算从起点到高点 j 所需的总压头所需的总压头Hj , 并与从起点到并与从起点到终点所需的总压头终点所需的总压头H比较，如果有若干个高点的比较，如果有若干个高点的Hj 都都大于大于H，则，则Hj 最大者为翻

50、越点。若所有的最大者为翻越点。若所有的Hj 都小于都小于H，则不存在翻越点。则不存在翻越点。QjjjZZiLH QzZZiLH 式中：式中：Lj、Zj 分别为高点分别为高点 j 的里程和高程。的里程和高程。 B、计算计算 )()(jZjjLLiZZH 如果有若干个点的如果有若干个点的 Hj 均大于零，则其中最大者为翻均大于零，则其中最大者为翻越点。若所有点的越点。若所有点的 Hj 均小于零，则不存在翻越点。均小于零，则不存在翻越点。管线设计和运行时，无论是旁接油罐流程还是密闭流程，管线设计和运行时，无论是旁接油罐流程还是密闭流程，翻越点均只有一个翻越点均只有一个，且确定方法相同。但翻越点会随水

51、，且确定方法相同。但翻越点会随水力坡降的变化力坡降的变化而变化。而变化。(3) 翻越点后的流动状态翻越点后的流动状态 管道上存在翻越点时，翻越点后的管内液流将有剩余能管道上存在翻越点时，翻越点后的管内液流将有剩余能量。如果不采用措施利用和消耗这部分能量，翻越点后量。如果不采用措施利用和消耗这部分能量，翻越点后管内将出现不满流。不满流的存在将使管道出现两相流管内将出现不满流。不满流的存在将使管道出现两相流动，而且当流速突然变化时会增大水击压力。对于顺序动，而且当流速突然变化时会增大水击压力。对于顺序输送的管道还会增大混油。输送的管道还会增大混油。措施措施 ：1.在翻越点后采用小管径：使流速增大，

52、这可在翻越点后采用小管径：使流速增大，这可能会产生静电危害，且对清管不利。能会产生静电危害，且对清管不利。 2.在中途或终点设减压站节流在中途或终点设减压站节流。(4) 计算长度计算长度 管道起点与翻越点之间的距离称为管道的计算长度管道起点与翻越点之间的距离称为管道的计算长度 管道上存在翻越点时，管线所需的总压头不能按线路起、管道上存在翻越点时，管线所需的总压头不能按线路起、终点计算，而应按起点与翻越点计算。终点计算，而应按起点与翻越点计算。 不存在翻越点时，管线计算长度等于管线全长。不存在翻越点时，管线计算长度等于管线全长。 )(QZZZiLH 存在翻越点时，计算长度为起点到翻越点的距离，计

53、存在翻越点时，计算长度为起点到翻越点的距离，计算高差为翻越点高程与起点高程之差算高差为翻越点高程与起点高程之差 )(QfffZZiLHH 例题：例题：某某3257的等温输油管，原设计为一个泵站。管路纵断的等温输油管，原设计为一个泵站。管路纵断面数据见下表。全线设有两座泵站，以面数据见下表。全线设有两座泵站，以“从泵到泵从泵到泵”方式方式工作。试计算该管线的输量为多少？工作。试计算该管线的输量为多少？ 已知：全线为水力光滑区，油品计算粘度已知：全线为水力光滑区，油品计算粘度=4.210-6m2/s，首站泵站特性方程：首站泵站特性方程：H370.5-3055Q1.75中间站泵站特性方程：中间站泵站

54、特性方程：H516.7-4250Q1.75 （Q：m3/s）首站进站压力：首站进站压力：s120米油柱，站内局部阻力忽略不计。米油柱，站内局部阻力忽略不计。 测点测点 12345里程里程(km) 026556476.4高程高程(m) 0839412264.2解：解：方法一：根据纵断面数据，只有方法一：根据纵断面数据，只有64km处可能为翻越点，为此，处可能为翻越点，为此，分别按分别按64km和终点分别计算输量，其中最小者即为管道应和终点分别计算输量，其中最小者即为管道应达到的输量达到的输量。 单位输量的水力坡降：单位输量的水力坡降： 2858. 0311. 0102 . 40246. 075.

55、 425. 06 f按里程按里程64km处计算输量：处计算输量： /hm6.491/sm1365.01000642858.042503055)0122(207.5165.3703375.11 Q按终点计算输量：按终点计算输量：/hm4 .475/sm1321. 010004 .762858. 042503055)02 .64(207 .5165 .3703375. 12 Q12QQ ，故，故64km处不是翻越点，管道输量为处不是翻越点，管道输量为475.4m3/h。 方法二：方法二：先按终点计算输量，然后计算该输量下的水力坡降，先按终点计算输量，然后计算该输量下的水力坡降，然后分别计算该输量下

56、从起点到然后分别计算该输量下从起点到64km处和到终点的总压降，处和到终点的总压降，判断翻越点，然后计算管道所达到的输量。判断翻越点，然后计算管道所达到的输量。 单位输量的水力坡降：单位输量的水力坡降： 2858. 0311. 0102 . 40246. 075. 425. 06 f按终点计算输量：按终点计算输量：/hm4 .475/sm1321. 010004 .762858. 042503055)02 .64(207 .5165 .3703375. 10 Q水力坡降：水力坡降： 00827.01321.02858.075.175.1 fQi从起点到从起点到64km处的总压降：处的总压降：3

57、 .651012210006400827. 01 H从起点到终点的总压降：从起点到终点的总压降：0 .69602 .6410004 .7600827. 02 H21HH 故故64km处不是翻越点，线路上不存在翻越点，处不是翻越点，线路上不存在翻越点，Q0=475.4m3/h即为管道的输量。即为管道的输量。 四、等温输油管道运行工况分析与调节四、等温输油管道运行工况分析与调节1、工况变化原因及运行工况分析方法、工况变化原因及运行工况分析方法 “从泵到泵从泵到泵”运行的等温输油管道，有许多因素可以引起运运行的等温输油管道，有许多因素可以引起运行工况的变化，可将其分为正常工况变化和事故工况变化。行工

58、况的变化，可将其分为正常工况变化和事故工况变化。 (1) 正常工况变化正常工况变化 季节变化、油品性质变化引起的全线工况变化，如油季节变化、油品性质变化引起的全线工况变化，如油品的品的、变化；变化； 由于供销的需要，有计划地调整输量、间歇分油或收由于供销的需要，有计划地调整输量、间歇分油或收油导致的工况变化。油导致的工况变化。 (2) 事故工况变化事故工况变化 电力供应中断导致某中间站停运或机泵故障使某台泵电力供应中断导致某中间站停运或机泵故障使某台泵机组停运；机组停运； 阀门误开关或管道某处堵塞；阀门误开关或管道某处堵塞； 管道某处漏油。管道某处漏油。 不论是正常工况变化还是事故工况变化，都

59、会引起运行参数的变化。不论是正常工况变化还是事故工况变化，都会引起运行参数的变化。这些参数主要包括输量，各站的进出站压力及泵效等。严重时，会使这些参数主要包括输量，各站的进出站压力及泵效等。严重时，会使某些参数超出允许范围。为了维持输送，必须对各站进行调节。为了某些参数超出允许范围。为了维持输送，必须对各站进行调节。为了对各站进行正确无误的调节，事先必须知道工况变化时各种参数的变对各站进行正确无误的调节，事先必须知道工况变化时各种参数的变化趋势。因此，掌握输油管运行工况的分析方法，对于管理好一条输化趋势。因此，掌握输油管运行工况的分析方法，对于管理好一条输油管道是十分重要的。油管道是十分重要的

60、。 (3) 运行工况的分析方法运行工况的分析方法 突然发生工况变化时（如某中间站停运或有计化地调整输突然发生工况变化时（如某中间站停运或有计化地调整输量而启、停泵），在较短时间内全线运行参数剧烈变化，量而启、停泵），在较短时间内全线运行参数剧烈变化，属于不稳定流动。我们这里不讨论不稳定流动工况，只讨属于不稳定流动。我们这里不讨论不稳定流动工况，只讨论变化前后的稳定工况。为此，我们假设在各种工况变化论变化前后的稳定工况。为此，我们假设在各种工况变化的情况下，经过一段时间后，全线将转入新的稳定工况。的情况下，经过一段时间后，全线将转入新的稳定工况。 运行分析的出发点是能量供求平衡。运行分析的出发点